中國(guó)集群通信網(wǎng)
基于衛(wèi)星的專網(wǎng)通信！一文詳解
眾所周知，衛(wèi)星通信是應(yīng)急通信體系中的重要組成部分。應(yīng)急通信保障任務(wù)，往往處于偏遠(yuǎn)地區(qū)或海域，地面固定通信網(wǎng)絡(luò)、公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)均未實(shí)現(xiàn)覆蓋或現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)施已損壞，執(zhí)行任務(wù)的救援人員進(jìn)入事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)后，往往形成信息孤島，隊(duì)伍與指揮部間難以實(shí)現(xiàn)正常通信，救援隊(duì)伍之間語(yǔ)音無(wú)法互通，視頻內(nèi)容無(wú)法向外傳輸。這種情況下，滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)和海域通信只能通過(guò)衛(wèi)星通信。
衛(wèi)星通信地面站利用通信衛(wèi)星作為中繼，不僅可以把有線網(wǎng)的功能延伸到野外，同時(shí)可以為事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的專網(wǎng)通信提供遠(yuǎn)程跨地域傳輸路由，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的中轉(zhuǎn)和傳輸功能，保障全時(shí)、全域和全天候通信暢通。
簡(jiǎn)介
基于PDT、TETRA、LTE和Mesh融合的無(wú)線通信對(duì)于應(yīng)急和遠(yuǎn)程作業(yè)至關(guān)重要。通常，返回指揮中心、調(diào)度中心或總部的通信鏈路由中轉(zhuǎn)臺(tái)或地面基站完成回傳。
當(dāng)終端距離太遠(yuǎn)超出視線范圍或地面鏈路不存在或已損壞時(shí)， 衛(wèi)星通信可以在終端和指揮中心之間提供鏈接。衛(wèi)星通信還可以支持由于特殊情況（例如自然災(zāi)害）而臨時(shí)增加容量的需求。
傳統(tǒng)的專網(wǎng)（PMR）使用窄帶，主要傳送語(yǔ)音和短消息。然而，使用包括視頻在內(nèi)的寬帶通信正變得日趨必要。使用LTE和Mesh通信，甚至可連執(zhí)法記錄儀和無(wú)人機(jī)。通過(guò)寬帶通信還可以共享大流量數(shù)據(jù)，包括地圖、建筑示意圖等。同時(shí)衛(wèi)星通信可以支持基于IP的任何業(yè)務(wù)。
衛(wèi)星通信的 挑戰(zhàn)在于對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)、鏈路質(zhì)量（誤碼率和可用度）、擁塞和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的管理。時(shí)延是由地球表面與衛(wèi)星之間的距離而導(dǎo)致的。與光纖等地面鏈路相比，衛(wèi)星鏈路更容易出錯(cuò)，并且更容易受到雨衰的影響。抖動(dòng)可能由基帶傳輸格式（例如TCP/IP幀）、加密和衛(wèi)星接入方式（TDMA與SCPC）引入。 合理設(shè)計(jì)的衛(wèi)星鏈路可提供足夠的容量以減少網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證足夠的雨衰余量，從而實(shí)現(xiàn)基本無(wú)差錯(cuò)通信。測(cè)試表明，衛(wèi)星鏈路時(shí)延問(wèn)題不足以影響語(yǔ)音質(zhì)量。
衛(wèi)星帶寬租用費(fèi)用相對(duì)高昂，需要權(quán)衡容量和成本。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，包括QoS算法，可使通過(guò)衛(wèi)星鏈路的流量最小化，進(jìn)而可通過(guò)減小鏈路通道來(lái)最大程度地降低成本。部署本地指揮與控制調(diào)度系統(tǒng)有助于確保本地流量留在本地，只有必須流向總部或主要指揮中心的流量才會(huì)通過(guò)衛(wèi)星鏈路。適當(dāng)?shù)腝oS算法和合理設(shè)計(jì)的衛(wèi)星接入方式可最大程度地減少抖動(dòng)。
衛(wèi)星通信可以作為主要鏈路為遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供安全而穩(wěn)定的回程，在有額外容量需求或地面回程損壞時(shí)作為臨時(shí)解決方案。 在應(yīng)急災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程營(yíng)地/設(shè)施中，衛(wèi)星通信也可以是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成部分。衛(wèi)星通信設(shè)備非常靈活，其大小型固定站、便攜站、車載靜中通或動(dòng)中通終端可作用于海事、陸地或航空等應(yīng)用場(chǎng)景。
基于衛(wèi)星的專網(wǎng)通信場(chǎng)景
在臨時(shí)使用陸地通信業(yè)務(wù)或者在無(wú)法使用標(biāo)準(zhǔn)地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)臒o(wú)線通信是連接的唯一選擇。圖1顯示了典型的衛(wèi)星專網(wǎng)通信組網(wǎng)。
圖1：組網(wǎng)示意圖
▏容災(zāi)
在發(fā)生地震、洪澇和森林火災(zāi)等自然災(zāi)害或突發(fā)事件時(shí)，用于容災(zāi)的公共安全服務(wù)需要可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。由于地面原有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和專網(wǎng)回傳鏈路可能損壞且無(wú)法使用，即使部分現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信，但是與后方指控中心的通信仍舊無(wú)法建立。
后方指揮中心需要向?yàn)?zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的前方指揮部提供現(xiàn)場(chǎng)指揮和調(diào)度�，F(xiàn)場(chǎng)指揮部負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)人員，在現(xiàn)場(chǎng)部署監(jiān)控?cái)z像頭、無(wú)人機(jī)以便了解現(xiàn)場(chǎng)通信的損壞程度等狀況，現(xiàn)場(chǎng)指揮部確定消息、語(yǔ)音呼叫和視頻的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)。
基于衛(wèi)星的專網(wǎng)通信可以通過(guò)IP業(yè)務(wù)立即為應(yīng)急響應(yīng)和急救人員提供通信服務(wù)。衛(wèi)星通信可以重新建立受損的通信鏈路，使現(xiàn)有系統(tǒng)恢復(fù)與指揮中心的連接，還可以利用額外容量部署新系統(tǒng)。
在發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，衛(wèi)星鏈路是回傳指揮中心的唯一連接，因此它必須能夠與現(xiàn)場(chǎng)的所有的專網(wǎng)通信系統(tǒng)配合使用，包括PDT、LTE或Mesh網(wǎng)絡(luò)。災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的通信對(duì)于快速做出協(xié)調(diào)一致的響應(yīng)至關(guān)重要，而且 衛(wèi)星通信有助于在在地面基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)期間持續(xù)保障通信，提高救援效率。
▏遠(yuǎn)程作業(yè)
許多采礦、建筑、石油鉆探或勘探營(yíng)地都在沒(méi)有地面通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的非常偏遠(yuǎn)的地區(qū)。衛(wèi)星通信是與總部通信連接的唯一途徑。營(yíng)地內(nèi)部以及在營(yíng)地外工作的人員通常使用窄帶對(duì)講機(jī)以及其他寬帶系統(tǒng)用于通信。 人員安全是首要問(wèn)題。將對(duì)講機(jī)同時(shí)連接到營(yíng)地及總部可大大提高安全性。衛(wèi)星回程還為日常運(yùn)營(yíng)提供通信。
專用通信系統(tǒng)
▏數(shù)字集群通信（PDT）
PDT是專用移動(dòng)通信（PMR）的窄帶標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)PPT按鍵快速建立通信連接， 主要傳遞語(yǔ)音和短消息。PDT常規(guī)和PDT集群都是需要許可的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，使用2時(shí)隙時(shí)分多址（TDMA），兩個(gè)時(shí)隙均占用12.5kHz的帶寬。PDT常規(guī)使用獲得許可的常規(guī)對(duì)講機(jī)和中轉(zhuǎn)臺(tái)，可以在廣泛的區(qū)域內(nèi)快速互連分散的站點(diǎn)。與PDT常規(guī)相比， PDT集群增加了集群功能，可以向用戶組動(dòng)態(tài)分配頻率，而且使用基站，因此效率更高，用戶容量更大。
在關(guān)鍵任務(wù)通信中，語(yǔ)音仍然是最主要的需求。在完成任務(wù)時(shí)，必須立即傳輸災(zāi)難受害者的高質(zhì)量語(yǔ)音呼叫，作為從總部發(fā)出的第一優(yōu)先級(jí)指令，或者位于野外的與下級(jí)之間的語(yǔ)音和短消息。所有這些都可通過(guò)PDT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
PDT的優(yōu)點(diǎn)是一呼即通，可將撥號(hào)和呼叫發(fā)起的時(shí)間降至最低。 與專用LTE系統(tǒng)（P-LTE）相比，PDT基站的覆蓋范圍更大。
▏專用LTE（P-LTE）
PDT的缺點(diǎn)是它只能處理相對(duì)少量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 P-LTE對(duì)于視頻流這樣的數(shù)據(jù)媒體服務(wù)既方便又高效，在需要更高的數(shù)據(jù)速率時(shí)可作為一種解決方案。通過(guò)衛(wèi)星承載的P-LTE傳輸數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)包括時(shí)延和有限的衛(wèi)星帶寬。在語(yǔ)音通信方面，借助LTE網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)（VoLTE）功能，語(yǔ)音呼叫可以作為數(shù)據(jù)流的一部分進(jìn)行傳輸。然而，與通過(guò)PDT系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音通信相比，通過(guò)寬帶P-LTE系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音呼叫的成本較高，可作為語(yǔ)音通信的第二選擇。
▏Mesh
Mesh是一種4G寬帶解決方案，具有智能數(shù)據(jù)路由功能，可以連接到衛(wèi)星、光纖、P-LTE和Wi-Fi。 Mesh既可以作為自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，也可以直接連接到衛(wèi)星鏈路或有線骨干網(wǎng)。當(dāng)無(wú)法部署光纖時(shí)，Mesh可以用作固定或移動(dòng)基站的回傳鏈路，也可以連接到P-LTE網(wǎng)絡(luò)以擴(kuò)大覆蓋范圍，即使在深山等更地形復(fù)雜的偏遠(yuǎn)地區(qū)也適用。
Mesh由便攜式無(wú)線節(jié)點(diǎn)組成。這些節(jié)點(diǎn)可以安裝在墻壁和立桿上作為固定節(jié)點(diǎn)，也可以安裝在車輛和無(wú)人機(jī)上作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行無(wú)線組網(wǎng)以形成星形、鏈形、網(wǎng)狀或混合拓?fù)�。�?jié)點(diǎn)之間的鏈路自動(dòng)匹配建立。語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸在Mesh節(jié)點(diǎn)之間傳輸，與終端無(wú)線設(shè)備進(jìn)行通信。
基于衛(wèi)星的專用通信所面臨的挑戰(zhàn)
基于衛(wèi)星的PMR面臨的挑戰(zhàn)包括時(shí)延、抖動(dòng)、有限的帶寬和較差的鏈路質(zhì)量。為確保將衛(wèi)星流量、時(shí)延和抖動(dòng)降至最低，需要精確進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，包括流量走向、流量預(yù)估和服務(wù)質(zhì)量（QoS）。
▏時(shí)延
地球同步衛(wèi)星在赤道上方約36,000公里處的軌道運(yùn)行，衛(wèi)星與地面的位置相對(duì)保持不變。地面站與衛(wèi)星之間射頻信號(hào)的傳輸時(shí)延約為125毫秒，因此從發(fā)射地面站到接收地面站之間的傳輸時(shí)延約為250毫秒。
衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通常分為三類：
a) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)
b) 星狀網(wǎng)絡(luò)
c) 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)
發(fā)射地面站和目標(biāo)地面站之間的往返時(shí)延取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br />
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)最為簡(jiǎn)單，包括單個(gè)發(fā)射地面站和單個(gè)接收地面站。通常，這種配置使用單路單載波（SCPC），可以最有效地利用衛(wèi)星帶寬，并且時(shí)延和抖動(dòng)最小。
星狀網(wǎng)絡(luò)是部署最廣泛的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，所有流量都通過(guò)衛(wèi)星承載的中心地面站進(jìn)行路由。中心地面站通常位于總部，或者與總部直接相連。中心地面站負(fù)責(zé)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)以及IP網(wǎng)絡(luò)的管理監(jiān)控。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)允許復(fù)合接入，多個(gè)用戶共享一個(gè)帶寬池。可適用于多種接入技術(shù)，包括TDMA接入方式、動(dòng)態(tài)分配SCPC鏈路以及多種方式的組合。復(fù)合接入技術(shù)在節(jié)約帶寬成本的同時(shí)，通常也會(huì)引入額外的時(shí)延和抖動(dòng)。
像上文提到的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)一樣，從遠(yuǎn)端站到中心站的流量涉及一個(gè)衛(wèi)星單跳鏈路（遠(yuǎn)端站-衛(wèi)星-中心站）。如果流量發(fā)往中心地面站，則不需要跳往其他鏈路。但是，如果流量是去往另一個(gè)遠(yuǎn)端站的，則必須將流量重新傳輸?shù)叫l(wèi)星，然后再傳輸回第二個(gè)遠(yuǎn)端站。這涉及兩跳衛(wèi)星鏈路，其標(biāo)稱傳輸時(shí)延為500毫秒。表1總結(jié)了星狀和網(wǎng)狀拓?fù)涞母鞣N通信路由的總時(shí)延。終端無(wú)線節(jié)點(diǎn)之間的總時(shí)延是傳輸時(shí)延加上路由器/交換機(jī)、調(diào)制解調(diào)器以及連接到每個(gè)遠(yuǎn)端站和中心站的其他相關(guān)設(shè)備的系統(tǒng)處理時(shí)延。
在網(wǎng)狀拓?fù)渲�，遠(yuǎn)端站間通信可通過(guò)衛(wèi)星直接實(shí)現(xiàn)，而不用經(jīng)過(guò)關(guān)口站中轉(zhuǎn)。這種拓?fù)湫枰嗑哂写筇炀�的遠(yuǎn)端站提供強(qiáng)大的衛(wèi)星鏈路，以實(shí)現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)吞吐量。從遠(yuǎn)端站1到遠(yuǎn)端站2的流量通過(guò)一跳衛(wèi)星鏈路，典型的傳輸時(shí)延約為250毫秒。從遠(yuǎn)端站2到遠(yuǎn)端站1的返回流量也將通過(guò)一跳衛(wèi)星鏈路。因此，在網(wǎng)狀拓?fù)渲袃蓚�(gè)遠(yuǎn)端站之間的往返流量將通過(guò)兩跳衛(wèi)星鏈路，典型的傳輸時(shí)延約為500毫秒。同樣，考慮到連接到地面站的路由器、交換機(jī)、中繼器的處理延遲，實(shí)際時(shí)延會(huì)更高。
表1：星狀和網(wǎng)狀拓?fù)涞臅r(shí)延估值
▏抖動(dòng)
共享帶寬的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通常抖動(dòng)更大，而專線鏈路通常抖動(dòng)最小。將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝進(jìn)IP數(shù)據(jù)包也會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。通過(guò)執(zhí)行QoS算法的路由器處理數(shù)據(jù)包會(huì)使之惡化。抖動(dòng)會(huì)影響語(yǔ)音和視頻的質(zhì)量。共享帶寬網(wǎng)絡(luò)上較大的抖動(dòng)是由于用戶的帶寬分配不均勻。最小化抖動(dòng)的技術(shù)包括使用更細(xì)的帶寬分配顆粒度，使總帶寬的分配更均勻。
▏有限的帶寬
租用衛(wèi)星帶寬很昂貴，且有時(shí)會(huì)面臨供應(yīng)不足的問(wèn)題。在任何情況下，衛(wèi)星帶寬通常都比地面網(wǎng)絡(luò)的帶寬小得多。帶寬可以由許多用戶共享或?qū)Ｓ糜谝粋�(gè)用戶。共享帶寬使用多種接入共享機(jī)制，如時(shí)分多址（TDMA），并且在帶寬池內(nèi)支持各種遠(yuǎn)端站。 專用帶寬意味著每個(gè)地面站都有一個(gè)專門的載波，單路單載波（SCPC）。共享帶寬方案最適合有多個(gè)遠(yuǎn)端站而終端流量不同的場(chǎng)景，統(tǒng)計(jì)復(fù)用可以降低總帶寬需求。專用帶寬最適合只有幾個(gè)遠(yuǎn)端站或用戶流量一致的場(chǎng)景。就整體吞吐效率而言，SCPC鏈路最高效，而且時(shí)延和抖動(dòng)最低。
設(shè)計(jì)和部署具有成本效益的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)非常重要，需要考慮設(shè)備類型、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒁獋鬏數(shù)牧髁款愋�、遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)量和將來(lái)可擴(kuò)展性。流量估值基于預(yù)期的并發(fā)用戶數(shù)量、采用的不同技術(shù)（PDT、P-LTE、Mesh）和應(yīng)用（實(shí)時(shí)語(yǔ)音、視頻流、音頻、電子郵件、文件傳輸、視頻會(huì)議、廣播）。一旦確定了流量估值，就可以使用鏈路預(yù)算分析來(lái)確定帶寬需求。各因素包括收發(fā)天線的大小、衛(wèi)星收發(fā)性能、地面站位置、BER性能要求和可用性。可能無(wú)法滿足所有要求，因而需要做出權(quán)衡。下表提供了各種應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)速率的估值。
表2：應(yīng)用數(shù)據(jù)速率
每個(gè)地面站的流量需求是根據(jù)所需的每種應(yīng)用的數(shù)量估算的。大型地面站收發(fā)數(shù)據(jù)的能力更高，通常為流量需求更大的區(qū)域（例如本地指揮中心）服務(wù)。估算好地面站的流量需求后，就可以執(zhí)行鏈路預(yù)算分析來(lái)確定所需的衛(wèi)星帶寬。
如果實(shí)際流量需求大于分配給網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星帶寬的容量，則可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)延增加、抖動(dòng)甚至數(shù)據(jù)丟失。應(yīng)該考慮不同的網(wǎng)絡(luò)部署以優(yōu)化帶寬的使用。例如，可以考慮將EMS、GIS服務(wù)器部署于遠(yuǎn)程站點(diǎn)而不是總部，這樣可以減少必須通過(guò)衛(wèi)星的流量。可以使用網(wǎng)絡(luò)QoS對(duì)流量進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，確保優(yōu)先流量始終得到傳輸。
▏鏈路質(zhì)量
與大多數(shù)地面回程鏈路相比，衛(wèi)星鏈路環(huán)境相對(duì)不穩(wěn)定。 距離太遠(yuǎn)意味著巨大的傳輸損耗。雨衰、大氣閃爍和環(huán)境噪聲意味著衛(wèi)星鏈路的誤碼率（BER）低于地面鏈路。但是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可以克服這一點(diǎn)，包括遠(yuǎn)端站設(shè)備的選型、上行鏈路功率控制（UPC）、自適應(yīng)調(diào)制編碼（ACM）、調(diào)制、前向糾錯(cuò)（FEC）編碼以及使用設(shè)計(jì)余量。盡管存在這些挑戰(zhàn)，準(zhǔn)無(wú)誤碼（QEF）鏈路仍然能夠建立。
如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)
▏服務(wù)質(zhì)量（QoS）
QoS對(duì)于確保不同流量類型和應(yīng)用的無(wú)縫融合至關(guān)重要。 QoS算法可以由衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器或連接到調(diào)制解調(diào)器的IP路由器執(zhí)行�？梢詫⒉煌腝oS優(yōu)先級(jí)應(yīng)用于各種流量類型、甚至應(yīng)用在遠(yuǎn)程應(yīng)用終端上，從而確保優(yōu)先處理優(yōu)先級(jí)最高的流量。優(yōu)先級(jí)可以定義，但通常語(yǔ)音和實(shí)時(shí)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)最高。
▏服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）
在專線鏈路場(chǎng)景，所有衛(wèi)星帶寬均可供遠(yuǎn)程用戶使用，并且QoS用于確定優(yōu)先級(jí)。在共享帶寬場(chǎng)景，可能有很多遠(yuǎn)程用戶。 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)對(duì)于每個(gè)遠(yuǎn)程用戶都有關(guān)于承諾信息速率（CIR）和最大信息速率（MIR）的默認(rèn)SLA。CIR和MIR可以調(diào)整，以確保需要帶寬的遠(yuǎn)端站可以使用更多帶寬。
▏TCP加速
TCP/IP流量并不能很好地處理時(shí)延。 如果沒(méi)有優(yōu)化技術(shù)，在衛(wèi)星回程上，TCP/IP將被限制為大約1000kbps。TCP加速是用于提高衛(wèi)星通信效率和服務(wù)質(zhì)量的各種機(jī)制的總稱，例如選擇性否定確認(rèn)（SNACK）、TCP窗口擴(kuò)展和流量控制。SNACK可以識(shí)別特定的丟失或損壞的數(shù)據(jù)包，然后僅重新發(fā)送這些數(shù)據(jù)包，從而快速恢復(fù)傳輸并更好地利用衛(wèi)星帶寬。TCP加速支持窗口擴(kuò)展，窗口尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)TCP窗口64字節(jié)的限制。TCP擁塞避免和控制機(jī)制使用公平共享和合理緩沖區(qū)間大小的動(dòng)態(tài)調(diào)整管理避免不必要的數(shù)據(jù)包重傳。
▏帶寬壓縮
可以使用流量壓縮設(shè)備來(lái)壓縮TCP/IP報(bào)包頭和載荷。這些技術(shù)是無(wú)損的，因此不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。 帶寬壓縮可以大大減少流量需求。
使用衛(wèi)星鏈路進(jìn)行專網(wǎng)通信測(cè)試
經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)證明衛(wèi)星鏈路相關(guān)的典型時(shí)延和抖動(dòng)不會(huì)造成呼叫建立、操作和音頻質(zhì)量方面的問(wèn)題。
用于測(cè)試有時(shí)延的語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)試平臺(tái)包括以下設(shè)定和條件：
1) 星狀拓?fù)?br />
2) 基于TDMA方式
3) 對(duì)講機(jī)終端位于遠(yuǎn)端站
4) 通過(guò)比較錄音確定音頻質(zhì)量
測(cè)試1：從遠(yuǎn)端集群對(duì)講機(jī)到另一遠(yuǎn)端集群對(duì)講機(jī)
圖2顯示了此測(cè)試的設(shè)備配置和流量走向，測(cè)試在一個(gè)基站上的警用數(shù)字集群（PDT）終端與另一個(gè)基站上的PDT終端之間進(jìn)行。為了方便，兩個(gè)PDT終端位于同一個(gè)衛(wèi)星遠(yuǎn)端站上，但是流量走向和時(shí)延卻相同，模擬這兩臺(tái)終端分別位于各自的衛(wèi)星遠(yuǎn)端站上。流量從終端1通過(guò)衛(wèi)星傳送到衛(wèi)星關(guān)口站上的移動(dòng)交換中心（MSO），然后通過(guò)衛(wèi)星傳回PDT終端2。流量經(jīng)過(guò)四跳衛(wèi)星鏈路。測(cè)試表明，收發(fā)終端上的音頻沒(méi)有明顯區(qū)別。表3匯總了測(cè)試和結(jié)果。所有時(shí)延都是近似值，包括了呼叫建立以及通過(guò)調(diào)制解調(diào)器、路由器和其他設(shè)備的延遲。
圖2：測(cè)試1：從遠(yuǎn)端集群終端到另一遠(yuǎn)端集群終端
表3：從遠(yuǎn)端集群終端到另一遠(yuǎn)端集群終端的測(cè)試結(jié)果匯總
測(cè)試2：從遠(yuǎn)端集群終端到本地集群終端
圖3顯示了測(cè)試的設(shè)備配置和數(shù)據(jù)走向，測(cè)試在一個(gè)基站的警用數(shù)字集群（PDT）終端與和MSO同側(cè)的另一個(gè)PDT基站終端之間進(jìn)行。流量從終端1通過(guò)衛(wèi)星傳送到總部和衛(wèi)星關(guān)口站上的移動(dòng)交換中心（MSO），然后傳回到與MSO同側(cè)的終端2。流量經(jīng)過(guò)兩跳衛(wèi)星鏈路。測(cè)試再次表明，收發(fā)終端上的音頻沒(méi)有明顯區(qū)別。下表匯總了測(cè)試和結(jié)果。所有時(shí)延都是近似值，包括了呼叫建立以及通過(guò)調(diào)制解調(diào)器、路由器和其他設(shè)備的延遲。
圖3：測(cè)試2：從遠(yuǎn)端集群終端到本地集群終端
表4：從遠(yuǎn)端集群終端到本地集群終端的測(cè)試結(jié)果匯總
測(cè)試3：從遠(yuǎn)程常規(guī)終端到另一遠(yuǎn)程常規(guī)終端
使用常規(guī)非集群終端進(jìn)行了如圖2所示設(shè)置的測(cè)試。每個(gè)基站都由一個(gè)中轉(zhuǎn)臺(tái)代替，將PDT空口轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包。流量從終端1傳送到衛(wèi)星中心站，然后通過(guò)衛(wèi)星返回到終端2。流量簡(jiǎn)單地從中心站回到終端2。從終端1到終端2的時(shí)延約為700ms，包括了呼叫建立以及通過(guò)調(diào)制解調(diào)器、路由器和其他設(shè)備的延遲。音頻質(zhì)量沒(méi)有明顯下降。
衛(wèi)星承載的專網(wǎng)組件
典型的衛(wèi)星專網(wǎng)設(shè)置包括總部和衛(wèi)星關(guān)口站，涵蓋天線系統(tǒng)、射頻發(fā)射系統(tǒng)、射頻接收系統(tǒng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中心。 指控系統(tǒng)為遠(yuǎn)程系統(tǒng)所需，與衛(wèi)星通信系統(tǒng)共址并通過(guò)LAN/WAN連接，它包括：
a) 防火墻；
b) 路由器/交換機(jī)；
c) 指控中心平臺(tái)（調(diào)度、CCTV、EMS、GIS）；
d) 服務(wù)器；
e) 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）；
f) 移動(dòng)交換中心；
g) 無(wú)線基站；
h) WAN網(wǎng)關(guān)；以及
i) PSTN網(wǎng)關(guān)。
在偏遠(yuǎn)地區(qū)，由天線系統(tǒng)、射頻發(fā)送系統(tǒng)、射頻接收系統(tǒng)和調(diào)制解調(diào)器組成簡(jiǎn)化的衛(wèi)星通信系統(tǒng)通過(guò)LAN連接到不同的專網(wǎng)系統(tǒng)，例如PDT、P-LTE、Mesh和Wi-Fi。圖4顯示了典型設(shè)置。
圖4：衛(wèi)星承載的專網(wǎng)系統(tǒng)組件
衛(wèi)星終端選型
衛(wèi)星遠(yuǎn)端站通常是甚小孔徑終端（VSAT），天線尺寸在45cm至3.8m之間，工作頻段為C、X、Ku或Ka頻段。這些終端可以與星狀網(wǎng)中配置有大口徑天線的衛(wèi)星關(guān)口站通信，也可以與網(wǎng)狀網(wǎng)中的其他遠(yuǎn)端站通信。根據(jù)帶寬、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜铜h(huán)境要求，不同類型和尺寸的VSAT天線可用于不同應(yīng)用。遠(yuǎn)程VSAT終端的主要類型包括 固定或便攜的終端、車載靜中通、動(dòng)中通終端和海事終端。
圖5：遠(yuǎn)程衛(wèi)星通信終端的類型
圖6：使用不同類型VSAT的代表性衛(wèi)星通信解決方案
▏固定式終端
固定式終端天線直徑通常在1.2至3.8米之間，而且顧名思義， 用于固定非移動(dòng)的場(chǎng)景。不位于衛(wèi)星關(guān)口站的區(qū)域總部通常使用較大的固定式終端，因?yàn)槠湫阅軆?yōu)于便攜式終端。相對(duì)于多數(shù)便攜終端，固定式終端更便宜，并且通常是手動(dòng)對(duì)星的。大型天線擁有更高的收發(fā)吞吐量，非常適合支持本地指揮控制中心業(yè)務(wù)（包括CCTV、EMS和GIS）。操作員可以收集和分析從其他站點(diǎn)接收到的音頻、視頻和數(shù)據(jù)，并協(xié)調(diào)向現(xiàn)場(chǎng)急救人員和士兵發(fā)出指令和調(diào)度。
▏便攜式終端
便攜式衛(wèi)星通信終端是一種便攜易于部署的終端，其典型的天線直徑為0.6至2.4米。它可以手動(dòng)對(duì)星或具有自動(dòng)對(duì)星能力。 便攜式終端輕巧、易于攜帶、組裝迅速，在容災(zāi)場(chǎng)景是很好的選擇。急救人員可以快速部署便攜式終端，與指控中心建立通信連接。便攜式終端還可以直接連接到前方指揮部，以便使用Mesh寬帶連接或PDT終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行本地調(diào)度。
▏車載（靜中通）
靜中通天線系統(tǒng)安裝在車輛上，在運(yùn)輸過(guò)程中處于收起狀態(tài)，一旦車輛到達(dá)目的地，天線就會(huì)自動(dòng)部署。靜中通終端的天線通常為1.0至1.8米。 靜中通終端非常適合于移動(dòng)指揮，將衛(wèi)星通信天線安裝在車輛頂部，而基帶設(shè)備、專網(wǎng)設(shè)備以及其他組網(wǎng)設(shè)備安裝于車輛內(nèi)部。
▏動(dòng)中通
與所述的其他遠(yuǎn)端站相比， 車載動(dòng)中通終端天線更小，吞吐能力較低。天線的直徑通常為0.45至0.9米。動(dòng)中通終端會(huì)自動(dòng)捕獲和跟蹤衛(wèi)星，并且在車輛行駛過(guò)程中能保持正常的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻通信。
▏海事終端
海事終端設(shè)計(jì) 用于海上各種船只。天線的直徑通常為0.6至1.5米。與上文所述的動(dòng)中通終端一樣，海事終端會(huì)在船只航行期間自動(dòng)捕獲和跟蹤衛(wèi)星并保持通信。
小結(jié)
PDT、TETRA、LTE和Mesh等專用無(wú)線通信的組合使用，對(duì)于應(yīng)急救援、消防及遠(yuǎn)程作業(yè)至關(guān)重要。通常，與指揮中心、調(diào)度中心或總部的返程通信是通過(guò)中轉(zhuǎn)臺(tái)或地面基站等傳輸鏈路完成。當(dāng)終端距離太遠(yuǎn)超出視距范圍或地面基礎(chǔ)設(shè)施不存在或已損壞時(shí)，衛(wèi)星通信可以在終端和指揮中心之間提供連接。衛(wèi)星通信還可以支持由于特殊事件或自然災(zāi)害而臨時(shí)增加帶寬的需求。
使用LTE和Mesh進(jìn)行通信，是對(duì)傳統(tǒng)的窄帶數(shù)字通信的有力補(bǔ)充，可連執(zhí)法記錄儀和無(wú)人機(jī)。寬帶通信還可以共享大量數(shù)據(jù)，包括地圖、建筑示意圖等。
衛(wèi)星通信的挑戰(zhàn)在于對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)、帶寬不足、鏈路質(zhì)量（BER和可用性）、擁塞和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的管理。這些挑戰(zhàn)可以通過(guò)合理規(guī)劃QoS、SLA、TCP加速和帶寬壓縮來(lái)應(yīng)對(duì)。盡管由于地球與衛(wèi)星之間的傳輸時(shí)延總是客觀存在的，測(cè)試表明語(yǔ)音通信是可用并且是高質(zhì)量的。
衛(wèi)星通信可以作為主要鏈路為遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供安全而強(qiáng)大的回程，在有額外容量需求或地面回程損壞時(shí)作為臨時(shí)解決方案。在應(yīng)急場(chǎng)景或遠(yuǎn)程作業(yè)中，衛(wèi)星通信也可以是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成部分。 衛(wèi)星通信設(shè)備非常靈活，大小多種尺寸的固定式、便攜式、船載、車載動(dòng)中通、車載靜中通等終端可作用于海事、陸地及航空等應(yīng)用領(lǐng)域。
(責(zé)任編輯：李俊勇)